數(shù)控車床加工螺紋產(chǎn)生不良及其應(yīng)對(duì)措施

劉 勇

（安徽滁州技師學(xué)院，滁州 239000）

數(shù)控車床加工螺紋產(chǎn)生不良及其應(yīng)對(duì)措施

劉 勇

（安徽滁州技師學(xué)院，滁州 239000）

螺紋加工較難的原因是加工時(shí)的影響因素較多，既有機(jī)床設(shè)備方面的因素，也有刀具的因素或人為原因等，本文列舉出數(shù)控車削螺紋產(chǎn)品中出現(xiàn)諸多缺陷，并逐一介紹如何避免和相應(yīng)的解決辦法。

數(shù)控車削 螺紋 機(jī)床設(shè)備 刀具

引言

螺紋產(chǎn)品種類很多，在人們?nèi)粘Ｉ钪须S處可見(jiàn)，如螺栓、螺桿、絲杠、螺釘、螺母和堵頭等與人們的衣、食、住、行密切相關(guān)。螺紋按用途可分為聯(lián)接螺紋和傳動(dòng)螺紋，按牙型可分為三角形、矩形、圓形、梯形和鋸齒形螺紋。螺紋產(chǎn)品的加工方法很多，螺栓螺桿等外螺紋大多用車削方法加工，對(duì)于螺紋直徑不大的螺桿，量產(chǎn)時(shí)采用滾絲或搓絲可提高加工效率。內(nèi)螺紋加工一般用絲錐攻絲，尺寸較大的內(nèi)螺紋可以用車床車螺紋。

隨著機(jī)加工技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床在工廠里已普遍使用，用數(shù)控車床車螺紋是螺紋加工中最常用的方法之一。它通過(guò)程序控制既可以加工普通螺紋，也可以加工形狀復(fù)雜的異形螺紋。用數(shù)控車床加工出來(lái)的螺紋精度高，產(chǎn)品的一致性高、加工速度快、表面質(zhì)量好且調(diào)試方便。車螺紋會(huì)產(chǎn)生各種各樣的缺陷，既有機(jī)床和設(shè)備的原因，也有刀具和操作人員等因素的影響?，F(xiàn)從以下幾方面分析螺紋加工中常見(jiàn)的不良現(xiàn)象及相對(duì)應(yīng)的措施。

1 外螺紋端面或內(nèi)螺紋孔口處毛刺較大

在車削螺栓、螺桿等外螺紋時(shí)，通常將棒料外徑車削至螺紋大徑，然后端面倒角。如果不倒角，螺紋起頭處易外翻，有較大的毛刺產(chǎn)生。這樣的毛刺易刺手，既不利于加工操作，也會(huì)影響測(cè)量和后面的裝配。倒角的大小也會(huì)影響去除毛刺的效果。倒角大時(shí)，影響螺紋的美觀和螺紋的有效長(zhǎng)度；倒角小時(shí)，會(huì)出現(xiàn)毛刺，車削外螺紋倒角大小一般為螺紋螺距的大小為宜，例如，加工M10螺桿時(shí)，由于M10標(biāo)準(zhǔn)螺距為1.5mm，所以倒角大小為C1.5較為合適。內(nèi)螺紋的倒角至螺紋大徑，如加工M10螺紋孔，先用φ8.5鉆頭鉆好螺紋底孔，再用比鉆底孔直徑大兩個(gè)螺距約φ14的鉆頭倒角。倒角后加工螺紋，螺紋起頭處不再會(huì)有毛刺產(chǎn)生。

2 螺紋有亂牙、亂扣現(xiàn)象

普通車床車削螺紋，會(huì)根據(jù)螺紋的螺距（導(dǎo)程）掛輪，進(jìn)刀時(shí)主軸正轉(zhuǎn)，退刀時(shí)主軸反轉(zhuǎn)，主軸與刀具間必須保持嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，即主軸帶動(dòng)工件每轉(zhuǎn)一圈，刀具應(yīng)均勻地移動(dòng)一個(gè)恒定的距離，這個(gè)恒定的距離為螺紋的螺距（或?qū)С蹋?。這樣每次進(jìn)刀點(diǎn)相同而不會(huì)出現(xiàn)亂牙現(xiàn)象。

數(shù)控車床加工螺紋時(shí)不需要反轉(zhuǎn)退刀，不會(huì)出現(xiàn)亂牙的原因是在數(shù)控車床的主軸上安裝有光電編碼器。帶著工件一起轉(zhuǎn)動(dòng)著的主軸，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由一根同步帶傳送到主軸編碼器，主軸編碼器檢測(cè)到主軸的轉(zhuǎn)速后，會(huì)將信息反饋到機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中，數(shù)控系統(tǒng)再根據(jù)程序編制的螺距（導(dǎo)程）大小，發(fā)出指令嚴(yán)格控制主軸每轉(zhuǎn)一圈，刀具移動(dòng)一個(gè)螺距（導(dǎo)程）的距離，且保證每次進(jìn)刀點(diǎn)的位置，即便主軸轉(zhuǎn)速較快，仍可以輕松找到每次進(jìn)刀點(diǎn)，使加工螺紋時(shí)不會(huì)出現(xiàn)亂牙現(xiàn)象。

用數(shù)控車床加工螺紋時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)亂牙或爛牙等不良現(xiàn)象，其原因可能有以下幾方面：（1）光電編碼器損壞。光電編碼器一般安裝在車床主軸的末端，只要打開(kāi)車床主軸箱側(cè)面防護(hù)罩，即可更換編碼器。（2）同步帶齒磨損嚴(yán)重。同步帶磨損，會(huì)使編碼器和主軸傳動(dòng)不成定比，影響主軸轉(zhuǎn)速和刀具間形成的螺距（導(dǎo)程）關(guān)系而造成車削亂牙。同步帶屬于易損品，它是連接編碼器和主軸的傳動(dòng)件，拆卸和安裝都很方便。（3）數(shù)控車床主軸軸向竄動(dòng)，存在間隙。只要調(diào)整軸向絲杠螺母里的間隙即可。如果間隙較小，可以用系統(tǒng)間隙自動(dòng)補(bǔ)償功能修改參數(shù)來(lái)補(bǔ)償；如果間隙過(guò)大，維修較麻煩，必須將絲杠螺母拆卸下來(lái)，根據(jù)竄動(dòng)量在螺母里加相應(yīng)厚度的墊片。（4）操作者編制的程序存在問(wèn)題。編制程序時(shí)主要是把定位點(diǎn)確定好。數(shù)控車削螺紋在編制分層加工時(shí)，注意每次軸向定位點(diǎn)保持一致，可有效避免亂牙。例如，加工M20螺桿，螺紋有效長(zhǎng)度為50mm，編程如下：

每次退刀時(shí)，也要注意徑向退刀距離，如果退刀時(shí)直徑大小不變，仍按原直徑退出或距離過(guò)小，這時(shí)刀尖就會(huì)將加工過(guò)的牙型破壞或牙尖車平，造成廢品。特別是初學(xué)者加工螺紋，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。

由于車螺紋需要多次分刀進(jìn)行，因此Z軸每次定位必須相同，否則加工會(huì)出現(xiàn)亂牙。而現(xiàn)在大多系統(tǒng)有復(fù)合循環(huán)指令，只要定位點(diǎn)確定后，以后每次分層加工不必重新設(shè)置。單一車削循環(huán)指令G92和G76車螺紋就屬于這樣的準(zhǔn)備功能指令。

3 螺紋加工開(kāi)始段及結(jié)束段螺距不穩(wěn)現(xiàn)象

螺紋加工每次定位點(diǎn)必須相同，不論是G32代碼的定位點(diǎn)由編程人員設(shè)定，還是復(fù)合指令G92由機(jī)床系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)值保證。螺紋加工階段必須要保證主軸帶動(dòng)工件每轉(zhuǎn)一圈，車刀走一個(gè)螺距，可使加工出的零件產(chǎn)品不爛牙，不亂牙。但在螺紋加工的起始段，由于轉(zhuǎn)速和車刀移動(dòng)速度較快，在車刀到達(dá)工件表面時(shí)，還未來(lái)得及保證主軸轉(zhuǎn)速與車刀移動(dòng)的定值（螺距或?qū)С蹋鶗?huì)出現(xiàn)螺紋開(kāi)始階段的螺距不太穩(wěn)定，螺距大都偏小，裝配時(shí)螺母很難旋入。螺紋加工即將結(jié)束時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速及刀具移動(dòng)速度會(huì)降低，這時(shí)也會(huì)出現(xiàn)螺距不穩(wěn)現(xiàn)象。為了在加工中克服這種現(xiàn)象的發(fā)生，在每次編程時(shí)，將開(kāi)始車削時(shí)的Z值距離設(shè)定長(zhǎng)些，把加工不穩(wěn)定階段用于刀具空走，待穩(wěn)定后才開(kāi)始車削。如上面的程序中，Z值可以設(shè)置到工件右端面5mm甚至更長(zhǎng)點(diǎn)的距離。對(duì)于結(jié)束段，螺紋結(jié)構(gòu)中往往有退刀槽，螺紋螺距不穩(wěn)定階段在退刀槽內(nèi)，這種結(jié)構(gòu)很好地解決結(jié)束段螺距不穩(wěn)現(xiàn)象。

編程舉例如下：

4 扎刀

扎刀現(xiàn)象在車加工中經(jīng)常遇到，這與車刀的安裝高度和刃磨角度有很大關(guān)系。螺紋加工車刀安裝過(guò)高，則切削深度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，車刀的后刀面頂住工件，增大摩擦力，甚至把工件頂彎。車刀安裝的過(guò)低，則切屑不易排出，車刀徑向力的方向是工件中心，加上橫向進(jìn)絲杠與螺母間隙過(guò)大，使吃刀深度不斷自動(dòng)趨向加深，從而把工件抬起，甚至引起崩刃。工件裝夾不牢固使其本身的剛性不能承受車削時(shí)的切削力，因而產(chǎn)生過(guò)大的撓度，改變了車刀與工件的中心高度，工件被抬高，形成切削深度突增。刀具刃磨前角過(guò)大及刀具磨損也會(huì)出現(xiàn)扎刀現(xiàn)象。避免扎刀的方法大致有：（1）及時(shí)調(diào)整車刀高度，使其刀尖與工件的軸線等高，通常的做法是利用尾座頂尖來(lái)對(duì)刀，在粗車和半精車時(shí)，刀尖位置比工件的中心要高出被加工件直徑的1/100左右；（2）及時(shí)刃磨并減小螺紋車刀前角，維修調(diào)整或自動(dòng)補(bǔ)償減小X軸絲桿間隙，也是避免扎刀現(xiàn)象的常用做法；（3）加工螺紋時(shí)不要選擇背吃刀量和切削速度太大，要根據(jù)螺紋螺距（導(dǎo)程）大小和工件剛性選擇合理的切削用量。

5 牙型不準(zhǔn)確

有時(shí)加工的螺紋牙型會(huì)出現(xiàn)變形，這種變形主要表現(xiàn)為牙尖角偏大或偏小，或是牙型形不對(duì)稱，出現(xiàn)了向一邊偏斜。造成牙型不準(zhǔn)確的原因主要有以下幾個(gè)方面。

（1）刀具刃磨角度偏差較大。普通三角螺紋刀尖角為60°，梯形螺紋刀尖角為30°，刃磨時(shí)要用刀具角度樣板測(cè)量，如果沒(méi)達(dá)到角度要求，需要重新刃磨。精度要求高的車刀，可以在工具磨床上刃磨角度，如圖1所示。

圖1 車螺紋定位及走刀路線圖

（2）車刀安裝不正確。螺紋左右兩刃的中心線在對(duì)刀時(shí)應(yīng)該垂直于車床主軸軸線，也就是說(shuō)刀具的主偏角與副偏角相等，都為60°。如果在安裝刀具時(shí)，刀具的中心線與軸線不垂直，加工出來(lái)的螺紋牙將歪向一邊，使螺紋通規(guī)通過(guò)不了，若再往下加工，螺紋牙形會(huì)偏薄，影響螺紋產(chǎn)品的強(qiáng)度。所以在安裝螺紋刀具時(shí)，一定要用螺紋靠板或采用百分表來(lái)找正。先擰刀架上用于固定刀具的一個(gè)螺栓，稍微用點(diǎn)力，調(diào)整好刀具角度后再擰刀架上另一個(gè)螺栓，看刀具的角度，兩個(gè)螺栓擰的時(shí)候交錯(cuò)進(jìn)行，不至于在擰緊時(shí)刀具發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖2所示。

圖2 普通三角螺紋刃磨及安裝角度圖

（3）刀具磨損。機(jī)加工刀具材質(zhì)大都是硬質(zhì)合金，螺紋車刀也不例外，這是因?yàn)橛操|(zhì)合金刀具具有硬度高、耐磨、高強(qiáng)度和很好的韌性。要根據(jù)不同的加工條件，調(diào)整好合適的切削用量，刀具耐用度就會(huì)增加。但是任何刀具在長(zhǎng)時(shí)間使用后，都會(huì)產(chǎn)生磨損。尤其螺紋車刀較尖，磨損更快，加工出來(lái)的螺紋尺寸會(huì)發(fā)生改變，這時(shí)應(yīng)及時(shí)將刀具卸下來(lái)重磨或更換新的刀具。圖3為硬質(zhì)合金車刀的典型磨損曲線圖。

圖3 硬質(zhì)合金車刀的典型磨損曲線

6 螺紋表面質(zhì)量較差

造成螺紋表面質(zhì)量差，表面粗糙度數(shù)值較大的原因主要有以下幾點(diǎn)。

（1）刀柄或工件較細(xì)。刀柄伸出較長(zhǎng)，刀柄或工件又較細(xì)，兩者剛性差，倘若切削用量選擇又過(guò)大，切削時(shí)勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)，從而使加工的螺紋表面產(chǎn)生震刀紋，表面質(zhì)量很差?；蚋咚偾邢髀菁y時(shí)切削厚度太小或切屑向傾斜方向排出，拉毛已加工牙側(cè)表面，造成螺紋表面粗糙度數(shù)值較大。因此，應(yīng)盡量增大刀柄的截面，減小刀柄伸出長(zhǎng)度。選擇合適的切削用量對(duì)表面質(zhì)量的影響很大。

（2）車刀切削刃磨的角度有問(wèn)題，徑向前角過(guò)大。若徑向前角大，又或中滑板絲杠螺母有大的間隙，易產(chǎn)生扎刀，從而產(chǎn)生震刀紋。解決的措施就是減小車刀的徑向前角。高速鋼切削螺紋時(shí)，最后一刀的切屑厚度一般要大于0.1mm，并使切屑沿垂直軸線方向排出，不破壞已加工表面質(zhì)量。

（3）螺紋車刀刀尖會(huì)產(chǎn)生積屑瘤。積屑瘤隨著加工的進(jìn)行不斷生成、長(zhǎng)大和脫落。同時(shí)，由于部分積屑瘤碎屑嵌在工件表面上，在工件表面上形成硬質(zhì)點(diǎn)，這些情況都將嚴(yán)重影響螺紋表面粗糙度。避免產(chǎn)生積屑瘤的常用方法是增大或減小切削速度，刀具刃磨時(shí)適當(dāng)增大后角和刃傾角，并且根據(jù)材質(zhì)選擇正確的切削液。

7 結(jié)語(yǔ)

在加工螺紋過(guò)程中出現(xiàn)產(chǎn)品不良的原因是多種多樣的，除上述機(jī)床、設(shè)備、刀具和操作人員等因素影響外，還有其他等綜合因素作用使然。所以排除不良產(chǎn)生的故障應(yīng)視具體情況具體分析，通過(guò)各種檢測(cè)與診斷手段，并輔以工作中的經(jīng)驗(yàn)，找出具體的影響因素，采取合理而有效的解決辦法。

[1]楊仲岡.數(shù)控設(shè)備與編程[M].2版.北京：高等教育出版社，2009.

[2]徐國(guó)權(quán) 數(shù)控加工工藝編程與操作（FANUC系統(tǒng)）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

NC lathe processing thread bad and Countermeasures

LIU Yong
(Anhui chuzhou technician college, Chuzhou 239000)

Thread machining difficult is more influence factors during processing, both factors of machine tool equipment, there are tools or human factors, this paper lists many defects of CNC turning thread products and introduces how to avoid and corresponding solutions.

CNC turning, thread, machine equipment, tool